JP3478287B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法と窒化ガリウム系化合物半導体 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法と窒化ガリウム系化合物半導体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサファイア等の基板上
に、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる方
法と窒化ガリウム系化合物半導体に関し、特に結晶性の
優れた窒化ガリウム系半導体化合物のエピタキシャル層
の成長方法と窒化ガリウム系化合物半導体に関する。
に、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させる方
法と窒化ガリウム系化合物半導体に関し、特に結晶性の
優れた窒化ガリウム系半導体化合物のエピタキシャル層
の成長方法と窒化ガリウム系化合物半導体に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】最近、窒化ガリウム系化
合物半導体、例えば、一般式が［ＧａＸＡｌ１−ＸＮ
（但し、Ｘは０≦Ｘ≦１の範囲にある。）］の青色発光
デバイスが注目されている。窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶を成長させる方法として、有機金属化合物気相
成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」という。）がよく知ら
れている。この方法はサファイア基板を設置した反応容
器内に、反応ガスとして有機金属化合物ガスを供給し、
結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高温で保
持して、基板上に化合物半導体結晶のエピタキシャル層
を成長させる方法である。例えばＧａＮエピタキシャル
層を成長させる場合には、III族ガスとしてトリメチル
ガリウムと、V族ガスとしてアンモニアガスとを使用す
る。
合物半導体、例えば、一般式が［ＧａＸＡｌ１−ＸＮ
（但し、Ｘは０≦Ｘ≦１の範囲にある。）］の青色発光
デバイスが注目されている。窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶を成長させる方法として、有機金属化合物気相
成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」という。）がよく知ら
れている。この方法はサファイア基板を設置した反応容
器内に、反応ガスとして有機金属化合物ガスを供給し、
結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高温で保
持して、基板上に化合物半導体結晶のエピタキシャル層
を成長させる方法である。例えばＧａＮエピタキシャル
層を成長させる場合には、III族ガスとしてトリメチル
ガリウムと、V族ガスとしてアンモニアガスとを使用す
る。
【０００３】このようにして成長させた窒化ガリウム系
化合物半導体のエピタキシャル層を発光デバイスとして
用いるためには、第一に結晶性を向上させることが不可
欠である。
化合物半導体のエピタキシャル層を発光デバイスとして
用いるためには、第一に結晶性を向上させることが不可
欠である。
【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基
板上に直接成長された、例えばＧａＮ層の表面は、６角
ピラミッド状、ないしは６角柱状の成長パターンとなっ
て無数の凹凸ができ、その表面モフォロジーが極めて悪
くなる欠点がある。表面に無数の凹凸がある表面モフォ
ロジーの極めて悪い半導体の結晶層を使用して青色発光
デバイスを作ることは、非常に歩留が悪く、ほとんど不
可能であった。
板上に直接成長された、例えばＧａＮ層の表面は、６角
ピラミッド状、ないしは６角柱状の成長パターンとなっ
て無数の凹凸ができ、その表面モフォロジーが極めて悪
くなる欠点がある。表面に無数の凹凸がある表面モフォ
ロジーの極めて悪い半導体の結晶層を使用して青色発光
デバイスを作ることは、非常に歩留が悪く、ほとんど不
可能であった。
【０００５】このような問題を解決するために、窒化ガ
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる前に、基板上
にＡｌＮのバッファ層を成長させる方法が提案されてい
る｛Appl.Phys.Lett 48,(1986),353、（アプライド フ
ィジックス レターズ ４８巻、１９８６年、３５３
頁）、および特開平２−２２９４７６号公報｝。この方
法は、サファイア基板上に、成長温度４００〜９００℃
の低温で、膜厚が１００〜５００オングストロームのＡ
ｌＮのバッファ層を設けるものである。この方法によれ
ば、バッファ層であるＡｌＮ層上にＧａＮを成長させる
ことによって、ＧａＮ半導体層の結晶性および表面モフ
ォロジーを改善できる特徴がある。
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる前に、基板上
にＡｌＮのバッファ層を成長させる方法が提案されてい
る｛Appl.Phys.Lett 48,(1986),353、（アプライド フ
ィジックス レターズ ４８巻、１９８６年、３５３
頁）、および特開平２−２２９４７６号公報｝。この方
法は、サファイア基板上に、成長温度４００〜９００℃
の低温で、膜厚が１００〜５００オングストロームのＡ
ｌＮのバッファ層を設けるものである。この方法によれ
ば、バッファ層であるＡｌＮ層上にＧａＮを成長させる
ことによって、ＧａＮ半導体層の結晶性および表面モフ
ォロジーを改善できる特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記方法
は、バッファ層の成長条件が厳しく制限され、しかも膜
厚を１００〜５００オングストロームと非常に薄い範囲
に厳密に設定する必要があるため、そのバッファ層を、
大面積のサファイア基板、例えば約５０ｍｍφのサファ
イア基板上全面に、均一に一定の膜厚で形成することが
困難である。したがって、そのバッファ層の上に形成す
る窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および表面モフ
ォロジーを歩留よく改善することが困難であり、またそ
の結晶性は未だ実用的な発光ダイオード、半導体レーザ
ー等を作るまでには至っておらず、さらなる結晶性の向
上が必要であった。
は、バッファ層の成長条件が厳しく制限され、しかも膜
厚を１００〜５００オングストロームと非常に薄い範囲
に厳密に設定する必要があるため、そのバッファ層を、
大面積のサファイア基板、例えば約５０ｍｍφのサファ
イア基板上全面に、均一に一定の膜厚で形成することが
困難である。したがって、そのバッファ層の上に形成す
る窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および表面モフ
ォロジーを歩留よく改善することが困難であり、またそ
の結晶性は未だ実用的な発光ダイオード、半導体レーザ
ー等を作るまでには至っておらず、さらなる結晶性の向
上が必要であった。
【０００７】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、バッファ層上に
成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および
表面モフォロジーを実用レベルにまで改善し、さらに窒
化ガリウム系化合物半導体が安定して、歩留よく成長で
きるための成長方法を提供するものである。
ものであり、その目的とするところは、バッファ層上に
成長させる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性および
表面モフォロジーを実用レベルにまで改善し、さらに窒
化ガリウム系化合物半導体が安定して、歩留よく成長で
きるための成長方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体の結晶成長方法は、有機金属化合物気相成
長法により、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させる方法を改良したものである。本発明の方法は、一
般式ＧａＸＡｌ１−ＸＮ（但し０．５≦Ｘ≦１の範囲で
ある。）よりなる多結晶のバッファ層を成長させる。次
に基板を昇温させてそのバッファ層を部分的に単結晶化
し、さらに前記バッファ層の成長温度よりも高温で、窒
化ガリウム系化合物半導体を成長させることを特徴とし
ている。
化合物半導体の結晶成長方法は、有機金属化合物気相成
長法により、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させる方法を改良したものである。本発明の方法は、一
般式ＧａＸＡｌ１−ＸＮ（但し０．５≦Ｘ≦１の範囲で
ある。）よりなる多結晶のバッファ層を成長させる。次
に基板を昇温させてそのバッファ層を部分的に単結晶化
し、さらに前記バッファ層の成長温度よりも高温で、窒
化ガリウム系化合物半導体を成長させることを特徴とし
ている。
【０００９】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体の結晶成長方法は、前記バッファ層を窒化ガリウム
系化合物半導体層の上に成長できる。さらにまた、請求
項２の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は、前記
窒化ガリウム系化合物半導体層成長中にＳｉ又はＭｇを
ドープしている。さらにまた、本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体の成長方法は、前記バッファ層の膜厚を
０．２μｍ以下としている。
導体の結晶成長方法は、前記バッファ層を窒化ガリウム
系化合物半導体層の上に成長できる。さらにまた、請求
項２の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は、前記
窒化ガリウム系化合物半導体層成長中にＳｉ又はＭｇを
ドープしている。さらにまた、本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体の成長方法は、前記バッファ層の膜厚を
０．２μｍ以下としている。
【００１０】前記バッファ層の厚さは、図４〜図６に示
すように、好ましくは０．００２μｍ以上、０．２μｍ
以下、さらに好ましくは０．０１〜０．２μｍの範囲に
調整する。その厚さが０．００２μｍより薄く、また、
０．２μｍより厚いと、バッファ層の上に形成される窒
化ガリウム系化合物半導体の結晶の表面モフォロジーが
悪くなる傾向にある。
すように、好ましくは０．００２μｍ以上、０．２μｍ
以下、さらに好ましくは０．０１〜０．２μｍの範囲に
調整する。その厚さが０．００２μｍより薄く、また、
０．２μｍより厚いと、バッファ層の上に形成される窒
化ガリウム系化合物半導体の結晶の表面モフォロジーが
悪くなる傾向にある。
【００１１】また前記バッファ層の成長温度は２００℃
以上９００℃以下、好ましくは４００〜８００℃の範囲
調整する。２００℃より低いと、バッファ層が形成しに
くく、また９００℃より高いと、バッファ層が単結晶と
なってしまい、後述するバッファ層としての作用を果た
さなくなる傾向にある。
以上９００℃以下、好ましくは４００〜８００℃の範囲
調整する。２００℃より低いと、バッファ層が形成しに
くく、また９００℃より高いと、バッファ層が単結晶と
なってしまい、後述するバッファ層としての作用を果た
さなくなる傾向にある。
【００１２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体は、
基板上に有機金属化合物成長方法により成長されたバッ
ファ層と、該バッファ層上に成長された窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体
であって、バッファ層は、一般式がＧａＸＡｌ１−ＸＮ
（但し０．５≦Ｘ≦１の範囲である）で示される少なく
とも単結晶を有する層であり、窒化ガリウム系化合物半
導体層は、キャリア濃度が２×１０１５〜１×１０１９
／ｃｍ２ である。
基板上に有機金属化合物成長方法により成長されたバッ
ファ層と、該バッファ層上に成長された窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体
であって、バッファ層は、一般式がＧａＸＡｌ１−ＸＮ
（但し０．５≦Ｘ≦１の範囲である）で示される少なく
とも単結晶を有する層であり、窒化ガリウム系化合物半
導体層は、キャリア濃度が２×１０１５〜１×１０１９
／ｃｍ２ である。
【００１３】
【作用】図１にＧａＸＡｌ１−ＸＮをバッファ層とし
て、その上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させた場合のエピタキシャルウエハの構造を表す断面図
を示し、図２にＡｌＮをバッファ層として、同じくその
上に、同じ結晶を成長させた場合のエピタキシャルウエ
ハの構造を表す断面図を示す。本発明のバッファ層は従
来のバッファ層に比べて、厚さの許容範囲が大きいた
め、歩留良くバッファ層および窒化ガリウム系化合物半
導体結晶が成長できる。
て、その上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長
させた場合のエピタキシャルウエハの構造を表す断面図
を示し、図２にＡｌＮをバッファ層として、同じくその
上に、同じ結晶を成長させた場合のエピタキシャルウエ
ハの構造を表す断面図を示す。本発明のバッファ層は従
来のバッファ層に比べて、厚さの許容範囲が大きいた
め、歩留良くバッファ層および窒化ガリウム系化合物半
導体結晶が成長できる。
【００１４】ところでＡｌＮをバッファ層として窒化ガ
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる方法は、Thin
Solid Films.163,(1988),415（シィン ソリッド フ
ィルムズ １６３巻、１９８８年、４１５頁）、および
Appl.Phys.Lett 48,(1986),353（アプライド フィジッ
クス レターズ ４８巻、１９８６年、３５３頁）等に
詳しく述べられているが、それらの文献に記載されてい
るバッファ層の作用を簡単に述べると以下の内容であ
る。
リウム系化合物半導体の結晶を成長させる方法は、Thin
Solid Films.163,(1988),415（シィン ソリッド フ
ィルムズ １６３巻、１９８８年、４１５頁）、および
Appl.Phys.Lett 48,(1986),353（アプライド フィジッ
クス レターズ ４８巻、１９８６年、３５３頁）等に
詳しく述べられているが、それらの文献に記載されてい
るバッファ層の作用を簡単に述べると以下の内容であ
る。
【００１５】低温（約６００℃）で成長させるＡｌＮは
多結晶層であり、このバッファ層を例えばＧａＮを成長
させるために約１０００℃にまで温度を上げる際、層が
部分的に単結晶化する。部分的に単結晶化した部分が、
１０００℃でＧａＮを成長させる時に方位の揃った種結
晶となり、その種結晶からＧａＮ結晶が成長し、均一な
ＧａＮ単結晶層が成長できる。バッファ層がないときは
サファイア基板自身が種結晶となるため、方位が大きく
ばらついたＧａＮの六角柱の結晶が成長してしまうとい
う内容である。
多結晶層であり、このバッファ層を例えばＧａＮを成長
させるために約１０００℃にまで温度を上げる際、層が
部分的に単結晶化する。部分的に単結晶化した部分が、
１０００℃でＧａＮを成長させる時に方位の揃った種結
晶となり、その種結晶からＧａＮ結晶が成長し、均一な
ＧａＮ単結晶層が成長できる。バッファ層がないときは
サファイア基板自身が種結晶となるため、方位が大きく
ばらついたＧａＮの六角柱の結晶が成長してしまうとい
う内容である。
【００１６】本発明のようにＧａＸＡｌ１−ＸＮ（０．
５≦Ｘ≦１） をバッファ層として形成した場合を従来
のＡｌＮをバッファ層とした場合と比較すると、以下の
ようになると考えられる。
５≦Ｘ≦１） をバッファ層として形成した場合を従来
のＡｌＮをバッファ層とした場合と比較すると、以下の
ようになると考えられる。
【００１７】まずバッファ層として、例えばＸ=１のＧ
ａＮを形成する場合を考えると、ＧａＮの融点は１１０
０℃であり、ＡｌＮの融点は１７００℃である。このた
め６００℃でＧａＮのバッファ層を形成すると、多結晶
のバッファ層が成長する。次にこの多結晶のＧａＮバッ
ファ層の上にＧａＮのエピタキシャル層を成長するため
に１０００℃まで温度を上げると、ＧａＮのバッファ層
は部分的に単結晶化し、ＡｌＮをバッファ層とした場合
と同様に、ＧａＮエピタキシャル層用の種結晶として作
用することになる。
ａＮを形成する場合を考えると、ＧａＮの融点は１１０
０℃であり、ＡｌＮの融点は１７００℃である。このた
め６００℃でＧａＮのバッファ層を形成すると、多結晶
のバッファ層が成長する。次にこの多結晶のＧａＮバッ
ファ層の上にＧａＮのエピタキシャル層を成長するため
に１０００℃まで温度を上げると、ＧａＮのバッファ層
は部分的に単結晶化し、ＡｌＮをバッファ層とした場合
と同様に、ＧａＮエピタキシャル層用の種結晶として作
用することになる。
【００１８】しかもＡｌＮをバッファ層として形成した
場合よりも、 融点が低いので温度を上昇していると
きに容易に単結晶化しやすい。このため、バッファ層の
厚さを厚くしても、バッファ層としての効果が期待でき
る。 バッファ層がＧａＮなので、その上にＧａＮの
エピタキシャル層を成長する場合、同一材料の上に同一
材料を成長するため結晶性の向上が期待できる。等の利
点があると考えられる。
場合よりも、 融点が低いので温度を上昇していると
きに容易に単結晶化しやすい。このため、バッファ層の
厚さを厚くしても、バッファ層としての効果が期待でき
る。 バッファ層がＧａＮなので、その上にＧａＮの
エピタキシャル層を成長する場合、同一材料の上に同一
材料を成長するため結晶性の向上が期待できる。等の利
点があると考えられる。
【００１９】以上のことを確認するため、ＡｌＮ、Ｇａ
０．５Ａｌ０．５Ｎ、ＧａＮの３種類のバッファ層を６
００℃でそれぞれサファイア基板上に形成し、その上に
１０００℃でＧａＮエピタキシャル層を４μｍの厚さで
成長させた場合の、ＧａＮエピタキシャル層のダブルク
リスタルＸ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ：fu
ll width at half-maximum）とバッファ層の膜厚との関
係を求めた図を図３に表す。ＦＷＨＭは小さいほど結晶
性がよい。
０．５Ａｌ０．５Ｎ、ＧａＮの３種類のバッファ層を６
００℃でそれぞれサファイア基板上に形成し、その上に
１０００℃でＧａＮエピタキシャル層を４μｍの厚さで
成長させた場合の、ＧａＮエピタキシャル層のダブルク
リスタルＸ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ：fu
ll width at half-maximum）とバッファ層の膜厚との関
係を求めた図を図３に表す。ＦＷＨＭは小さいほど結晶
性がよい。
【００２０】図３に示すように、ＧａＮ、およびＧａ
０．５Ａｌ０．５Ｎのバッファ層としたものは、広いバ
ッファ層の膜厚範囲で結晶性がよく、従来のＡｌＮのバ
ッファ層に比較して極めて優れた特性を示している。
０．５Ａｌ０．５Ｎのバッファ層としたものは、広いバ
ッファ層の膜厚範囲で結晶性がよく、従来のＡｌＮのバ
ッファ層に比較して極めて優れた特性を示している。
【００２１】図４〜図７に、サファイア基板上に形成す
るＧａＮバッファ層の膜厚を変え、さらにその上にＧａ
Ｎのエピタキシャル層を４μｍ成長させた場合の、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層の表面の結晶構造を表す顕微鏡写真
図を示す。図４から図７まで順に、バッファ層厚さは
０．００２μｍ、０．０７μｍ、０．２０μｍ、０μｍ
（バッファ層無し）である。
るＧａＮバッファ層の膜厚を変え、さらにその上にＧａ
Ｎのエピタキシャル層を４μｍ成長させた場合の、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層の表面の結晶構造を表す顕微鏡写真
図を示す。図４から図７まで順に、バッファ層厚さは
０．００２μｍ、０．０７μｍ、０．２０μｍ、０μｍ
（バッファ層無し）である。
【００２２】これらの図を見ても分かるように、バッフ
ァ層がない場合は、図７が示すように表面に６角柱状の
結晶が現れる。バッファ層を形成する際の条件にもよる
が、バッファ層を形成するにしたがって表面が鏡面均一
になる傾向がある。しかしバッファ層が厚すぎると、表
面の状態（表面モフォロジー）が悪くなる傾向にある。
したがって好ましいバッファ層の厚さは０．０１μｍか
ら０．２μｍの間である。
ァ層がない場合は、図７が示すように表面に６角柱状の
結晶が現れる。バッファ層を形成する際の条件にもよる
が、バッファ層を形成するにしたがって表面が鏡面均一
になる傾向がある。しかしバッファ層が厚すぎると、表
面の状態（表面モフォロジー）が悪くなる傾向にある。
したがって好ましいバッファ層の厚さは０．０１μｍか
ら０．２μｍの間である。
【００２３】また本発明の結晶成長方法によるバッファ
層は、サファイア基板上だけでなく窒化ガリウム系化合
物半導体のエピタキシャル層を有する層であれば、どの
層に形成してもよい。例えばｎ型ＧａＮエピタキシャル
層の上に、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたｐ型Ｇ
ａＮのエピタキシャル層を形成したい場合、前記ｎ型Ｇ
ａＮエピタキシャル層の上にバッファ層を形成し、その
バッファ層の上にｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長さ
せることもできる。
層は、サファイア基板上だけでなく窒化ガリウム系化合
物半導体のエピタキシャル層を有する層であれば、どの
層に形成してもよい。例えばｎ型ＧａＮエピタキシャル
層の上に、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたｐ型Ｇ
ａＮのエピタキシャル層を形成したい場合、前記ｎ型Ｇ
ａＮエピタキシャル層の上にバッファ層を形成し、その
バッファ層の上にｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長さ
せることもできる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。但し以下
に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための
方法を例示するものであって、本発明の方法は成長条
件、有機金属化合物ガスの種類、使用材料等を下記のも
のに特定するものではない。この発明の成長方法は、特
許請求の範囲において種々の変更を加えることができ
る。
に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための
方法を例示するものであって、本発明の方法は成長条
件、有機金属化合物ガスの種類、使用材料等を下記のも
のに特定するものではない。この発明の成長方法は、特
許請求の範囲において種々の変更を加えることができ
る。
【００２５】図８に示す装置を用いて窒化ガリウム系化
合物半導体の結晶成長を行った。 ［実施例１］ 下記の工程でサファイア基板にＧａＮのエピタキシャル
層を４μｍの膜厚で成長させた。 洗浄された２イン
チφのサファイア基板をサセプター２の上に載せる。
ステンレス製の反応容器１内の空気を、排気ポンプ６
で排気した後、さらに内部をＨ２で置換する。 その
後、Ｈ２ガスを反応ガス噴射管４と、反応容器１上部の
副噴射管５とから、反応容器１内に供給しながら、サセ
プター２をヒーター３によって１０６０℃まで加熱す
る。 この状態を１０分間保持し、サファイア基板表
面の酸化膜を除去する。 次にサセプター２の温度を
５００℃まで下げて、温度が安定するまで静置する。
続いて副噴射管５からＨ２とＮ２の混合ガスを供給
し、反応ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスの
混合ガスを供給する。副噴射管５から供給するＨ２ガス
とＮ２ガスの流量はそれぞれ１０リットル／分、反応ガ
ス噴射管４から供給するアンモニアガスの流量は４リッ
トル／分、Ｈ２ガスの流量は１リットル／分とし、この
状態でサセプター２の温度が５００℃に安定するまで待
つ。 その後、バッファ層を形成するため、反応ガス
噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）ガスを２．７×１０−５モル
／分で１分間流す。 次にＴＭＧガスのみを止めて、
バッファ層の成長を止める。ここで膜厚０．０２μｍの
バッファ層が形成できる。さらに他のガスを流しながら
サセプター２の温度を１０００℃まで上昇させる。
サセプター２の温度が１０２０℃まで上昇した後、反応
ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、
ＴＭＧガスを５．４×１０−５ モル／分の流量で６０
分間供給して、ＧａＮエピタキシャル層を、４．０μｍ
の膜厚で成長させる。この間、副噴射管５から常にＨ２
とＮ２ガスを前述の条件で供給し続け、反応ガスで反応
容器内が汚染されないようにしている。またサセプター
２は均一に結晶が成長するように、モーター７で５ｒｐ
ｍで回転させる。なお当然のことではあるが、ガスを供
給している間、排気ポンプ６の配管と分岐した排気管８
から、供給しているガスを外部へ放出している。上記の
ようにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧ
ａＮバッファ層、その上に４μｍのＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させた。
合物半導体の結晶成長を行った。 ［実施例１］ 下記の工程でサファイア基板にＧａＮのエピタキシャル
層を４μｍの膜厚で成長させた。 洗浄された２イン
チφのサファイア基板をサセプター２の上に載せる。
ステンレス製の反応容器１内の空気を、排気ポンプ６
で排気した後、さらに内部をＨ２で置換する。 その
後、Ｈ２ガスを反応ガス噴射管４と、反応容器１上部の
副噴射管５とから、反応容器１内に供給しながら、サセ
プター２をヒーター３によって１０６０℃まで加熱す
る。 この状態を１０分間保持し、サファイア基板表
面の酸化膜を除去する。 次にサセプター２の温度を
５００℃まで下げて、温度が安定するまで静置する。
続いて副噴射管５からＨ２とＮ２の混合ガスを供給
し、反応ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスの
混合ガスを供給する。副噴射管５から供給するＨ２ガス
とＮ２ガスの流量はそれぞれ１０リットル／分、反応ガ
ス噴射管４から供給するアンモニアガスの流量は４リッ
トル／分、Ｈ２ガスの流量は１リットル／分とし、この
状態でサセプター２の温度が５００℃に安定するまで待
つ。 その後、バッファ層を形成するため、反応ガス
噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）ガスを２．７×１０−５モル
／分で１分間流す。 次にＴＭＧガスのみを止めて、
バッファ層の成長を止める。ここで膜厚０．０２μｍの
バッファ層が形成できる。さらに他のガスを流しながら
サセプター２の温度を１０００℃まで上昇させる。
サセプター２の温度が１０２０℃まで上昇した後、反応
ガス噴射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、
ＴＭＧガスを５．４×１０−５ モル／分の流量で６０
分間供給して、ＧａＮエピタキシャル層を、４．０μｍ
の膜厚で成長させる。この間、副噴射管５から常にＨ２
とＮ２ガスを前述の条件で供給し続け、反応ガスで反応
容器内が汚染されないようにしている。またサセプター
２は均一に結晶が成長するように、モーター７で５ｒｐ
ｍで回転させる。なお当然のことではあるが、ガスを供
給している間、排気ポンプ６の配管と分岐した排気管８
から、供給しているガスを外部へ放出している。上記の
ようにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧ
ａＮバッファ層、その上に４μｍのＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させた。
【００２６】［比較例１］
のバッファ層を形成する工程において、ＡｌＮのバッ
ファ層を０．０２μｍの膜厚で形成する以外は、実施例
１と同様にして、ＡｌＮバッファ層の上に４μｍのＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させた。なおＡｌＮバッファ
層を形成する際、において、反応ガス噴射管４からア
ンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）を２．７×１０−５モル／分で１分間流
した。
ファ層を０．０２μｍの膜厚で形成する以外は、実施例
１と同様にして、ＡｌＮバッファ層の上に４μｍのＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させた。なおＡｌＮバッファ
層を形成する際、において、反応ガス噴射管４からア
ンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）を２．７×１０−５モル／分で１分間流
した。
【００２７】成長後ホール測定を室温で行い、本発明に
よるＧａＮエピタキシャル層と、比較例１によるＧａＮ
エピタキシャル層の、キャリア濃度と移動度とをそれぞ
れ求め、その結果によるキャリア濃度、および移動度の
面内分布を表す図を、図９および図１０に示す。本発明
は図９、比較例は図１０、キャリア濃度は●、移動度は
○で示している。
よるＧａＮエピタキシャル層と、比較例１によるＧａＮ
エピタキシャル層の、キャリア濃度と移動度とをそれぞ
れ求め、その結果によるキャリア濃度、および移動度の
面内分布を表す図を、図９および図１０に示す。本発明
は図９、比較例は図１０、キャリア濃度は●、移動度は
○で示している。
【００２８】ノンドープの結晶を成長させた場合は、キ
ャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、結晶性
が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。
ャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、結晶性
が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。
【００２９】本発明によるＧａＮは、図９に示すように
キャリア濃度が４×１０１６／cm３、移動度が６００cm
２／V・secと非常によい値を示す。一方、ＡｌＮをバッ
ファ層とした比較例１は、キャリア濃度が１×１０１８
／cm３、および移動度が約９０cm２／V・secであった。
キャリア濃度が４×１０１６／cm３、移動度が６００cm
２／V・secと非常によい値を示す。一方、ＡｌＮをバッ
ファ層とした比較例１は、キャリア濃度が１×１０１８
／cm３、および移動度が約９０cm２／V・secであった。
【００３０】［実施例２］
のバッファ層を形成する工程において、Ｇａ０．５Ａ
ｌ０．５Ｎのバッファ層を、０．０２μｍの膜厚で形成
して、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを同
一組成としない以外は、実施例１と同様にして、バッフ
ァ層の上にＧａＮエピタキシャル層を成長した。なおバ
ッファ層を形成する際、反応ガス噴射管４からアンモニ
アガスと、Ｈ２ガスに加えて、ＴＭＧを２．７×１０
−５モル／分、ＴＭＡを２．７×１０−５モル／分でそ
れぞれ０．５分間流した。このＧａＮエピタキシャル層
も図３に示すように、優れたＸ線ロッキングカーブを示
し、また顕微鏡観察による表面モフォロジーは実施例１
と同等、キャリア濃度および移動度は、実施例１と比較
例１との中間に位置するものであった。
ｌ０．５Ｎのバッファ層を、０．０２μｍの膜厚で形成
して、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを同
一組成としない以外は、実施例１と同様にして、バッフ
ァ層の上にＧａＮエピタキシャル層を成長した。なおバ
ッファ層を形成する際、反応ガス噴射管４からアンモニ
アガスと、Ｈ２ガスに加えて、ＴＭＧを２．７×１０
−５モル／分、ＴＭＡを２．７×１０−５モル／分でそ
れぞれ０．５分間流した。このＧａＮエピタキシャル層
も図３に示すように、優れたＸ線ロッキングカーブを示
し、また顕微鏡観察による表面モフォロジーは実施例１
と同等、キャリア濃度および移動度は、実施例１と比較
例１との中間に位置するものであった。
【００３１】［実施例３］
においてバッファ層の成長温度を６００℃とし、の
ガス流時間を２．５分間に変えて、バッファ層の膜厚を
０．０５μｍとする他は、実施例１と同様にして、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を成長した。このＧａＮエピタキシ
ャル層も表面モフォロジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッ
キングカーブの半値巾は３分と優れた結晶性を示し、キ
ャリア濃度、移動度とも実施例１と同等であった。
ガス流時間を２．５分間に変えて、バッファ層の膜厚を
０．０５μｍとする他は、実施例１と同様にして、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を成長した。このＧａＮエピタキシ
ャル層も表面モフォロジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッ
キングカーブの半値巾は３分と優れた結晶性を示し、キ
ャリア濃度、移動度とも実施例１と同等であった。
【００３２】［実施例４］
においてバッファ層の成長温度を８００℃とする他
は、実施例１と同様にして、ＧａＮエピタキシャル層を
成長した。このＧａＮエピタキシャル層も表面モフォロ
ジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッキングカーブの半値巾
は３分と優れた結晶性を示し、キャリア濃度、移動度と
も実施例１と同等であった。
は、実施例１と同様にして、ＧａＮエピタキシャル層を
成長した。このＧａＮエピタキシャル層も表面モフォロ
ジーは実施例１と同等、Ｘ線ロッキングカーブの半値巾
は３分と優れた結晶性を示し、キャリア濃度、移動度と
も実施例１と同等であった。
【００３３】［実施例５］
のバッファ層を形成する工程において、実施例２と同
様の条件で、 Ｇａ０．５Ａｌ０．５Ｎのバッファ層を
０．０２μｍの膜厚で形成し、において、反応ガス噴
射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭＡ
ガスを２．７×１０−５モル／分、ＴＭＧガスを２．７
×１０−５モル／分の流量で６０分間供給して、Ｇａ
０．５Ａｌ０．５Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜
厚で成長させる他は、実施例１と同様にして、サファイ
ア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａ０．５Ａｌ０．５
Ｎバッファ層と、その上に４μｍのＧａ０．５Ａｌ
０．５Ｎエピタキシャル層を成長させた。このＧａ
０．５Ａｌ０．５Ｎエピタキシャル層も、表面モフォロ
ジーは実施例１と同等であった。
様の条件で、 Ｇａ０．５Ａｌ０．５Ｎのバッファ層を
０．０２μｍの膜厚で形成し、において、反応ガス噴
射管４からアンモニアガスとＨ２ガスに加えて、ＴＭＡ
ガスを２．７×１０−５モル／分、ＴＭＧガスを２．７
×１０−５モル／分の流量で６０分間供給して、Ｇａ
０．５Ａｌ０．５Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜
厚で成長させる他は、実施例１と同様にして、サファイ
ア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａ０．５Ａｌ０．５
Ｎバッファ層と、その上に４μｍのＧａ０．５Ａｌ
０．５Ｎエピタキシャル層を成長させた。このＧａ
０．５Ａｌ０．５Ｎエピタキシャル層も、表面モフォロ
ジーは実施例１と同等であった。
【００３４】［実施例６］
において、アンモニアガス、Ｈ２ガス、およびＴＭＧ
ガスに加えて、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム）ガスを流しながら、ＧａＮエピタキシャ
ル層にｐ型の不純物であるＭｇをドープして、ｐ型Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜厚で成長させた。
上記のようにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μ
ｍのＧａＮバッファ層、その上にＭｇを１０２０／cm３
ドープした膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル
層を成長させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層も、
表面モフォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃
度２．０×１０１５／cm３、移動度９．４cm２／Ｖ・sec
と窒化ガリウム系化合物半導体では、初めてｐ型特性を
示した。このことは、このエピタキシャル層の結晶性が
非常に優れていることを示している。
ガスに加えて、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム）ガスを流しながら、ＧａＮエピタキシャ
ル層にｐ型の不純物であるＭｇをドープして、ｐ型Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を４．０μｍの膜厚で成長させた。
上記のようにしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μ
ｍのＧａＮバッファ層、その上にＭｇを１０２０／cm３
ドープした膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル
層を成長させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層も、
表面モフォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃
度２．０×１０１５／cm３、移動度９．４cm２／Ｖ・sec
と窒化ガリウム系化合物半導体では、初めてｐ型特性を
示した。このことは、このエピタキシャル層の結晶性が
非常に優れていることを示している。
【００３５】［実施例７］
実施例１で得た膜厚４μｍのＧａＮエピタキシャル層の
上に、実施例６と同様にして、膜厚０．０２μｍのＧａ
Ｎバッファ層、その上にＭｇを１０２０／cm３ドープし
た膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長
させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モフ
ォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度３．５
×１０１５／cm３、移動度８．５cm２／Ｖ・secと同じく
ｐ型特性を示した。
上に、実施例６と同様にして、膜厚０．０２μｍのＧａ
Ｎバッファ層、その上にＭｇを１０２０／cm３ドープし
た膜厚４．０μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル層を成長
させた。このｐ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モフ
ォロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度３．５
×１０１５／cm３、移動度８．５cm２／Ｖ・secと同じく
ｐ型特性を示した。
【００３６】［実施例８］
において、アンモニアガス、Ｈ２ガス、およびＴＭＧ
ガスに加えて、シラン（ＳｉＨ４）ガスを流しながら、
ＧａＮエピタキシャル層にｎ型の不純物であるＳｉをド
ープして、４．０μｍの膜厚で成長させた。上記のよう
にしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａＮ
バッファ層、その上に、Ｓｉを約１０２０／cm３ドープ
した膜厚４μｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長さ
せた。このｎ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モフォ
ロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度１．０×
１０１９／cm３と非常に高いキャリア濃度を示した。
ガスに加えて、シラン（ＳｉＨ４）ガスを流しながら、
ＧａＮエピタキシャル層にｎ型の不純物であるＳｉをド
ープして、４．０μｍの膜厚で成長させた。上記のよう
にしてサファイア基板上に、膜厚０．０２μｍのＧａＮ
バッファ層、その上に、Ｓｉを約１０２０／cm３ドープ
した膜厚４μｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長さ
せた。このｎ型ＧａＮエピタキシャル層も、表面モフォ
ロジーは実施例１と同等であり、キャリア濃度１．０×
１０１９／cm３と非常に高いキャリア濃度を示した。
【００３７】［比較例２］
ＡｌＮのバッファ層を０．０２μｍの膜厚で形成する以
外は、実施例８と同様にＳｉをドープして、サファイア
基板上に形成したＡｌＮバッファ層の上に、さらに４μ
ｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長させた。このｎ
型ＧａＮエピタキシャル層は、キャリア濃度が５．０×
１０１８／cm３であり、比較例１程のキャリア濃度は得
られず、不純物により補償されて低くなっていると考え
られる。
外は、実施例８と同様にＳｉをドープして、サファイア
基板上に形成したＡｌＮバッファ層の上に、さらに４μ
ｍのｎ型ＧａＮエピタキシャル層を成長させた。このｎ
型ＧａＮエピタキシャル層は、キャリア濃度が５．０×
１０１８／cm３であり、比較例１程のキャリア濃度は得
られず、不純物により補償されて低くなっていると考え
られる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、ＧａＸＡｌ１−Ｘ
Ｎ（０．５≦Ｘ≦１） をバッファ層に形成することに
よって、その上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶性が、飛躍的に向上する。特に、本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法は、バッファ層
であるＧａＸＡｌ１−ＸＮのＸの値を０．５≦Ｘ≦１の
範囲に特定し、さらに、窒化ガリウム系化合物半導体を
成長させる反応容器内でバッファ層も成長させることを
特徴とする。バッファ層のＸの範囲を０．５≦Ｘ≦１の
範囲に特定することにより、本発明の窒化ガリウム系化
合物半導体の結晶成長方法は、図３に示すように、従来
のＡｌＮをバッファ層に使用する窒化ガリウム系化合物
半導体よりもＦＷＨＭを著しく改善できる。ＦＷＨＭは
結晶性を示すパラメータである。したがって、本発明の
方法は、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを
同一の反応容器内で成長させることに加えて、Ｘの範囲
を０．５≦Ｘ≦１に特定することにより、窒化ガリウム
系化合物半導体の結晶を成長させる方法にとって最も大
切な、結晶性を著しく改善できるという極めて優れた特
長を実現する。キャリア濃度と移動度も、結晶性を示す
パラメータである。ノンドープの結晶を成長させた場
合、キャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、
結晶性が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。本
発明の実施例１で試作された窒化ガリウム系化合物半導
体は、図９に示すように、結晶のホール測定において、
キャリア濃度が４×１０１６／cm３、移動度６００cm２
／V・secという極めて優れた値を示す。この値は、窒化
ガリウム系化合物半導体結晶において飛躍的に優れた値
である。ちなみに、ＡｌＮをバッファ層とする従来の方
法で製作された窒化ガリウム系化合物半導体は、キャリ
ア濃度が１×１０１８／cm３、移動度が約９０cm２／V・
secである。本発明の方法で結晶成長させた窒化ガリウ
ム系化合物半導体は、キャリア濃度が１００倍以上、移
動度が約７倍も優れている。さらに、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体の結晶成長方法は、バッファ層を形
成することによって、その上に成長させるＭｇをドープ
したＧａＮエピタキシャル層が、何の処理もなしにｐ型
を示す。これは全く初めてのことであり、本発明の方法
で成長させた窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性がい
かに優れているかを示すものである。またそのバッファ
層上に成長させるＳｉをドープしたｎ型ＧａＮも、Ａｌ
Ｎをバッファ層としたものに比較して、非常に高いキャ
リア濃度を示す。さらにまた、従来のＡｌＮバッファ層
に比べて、本発明の方法では、バッファ層を成長させる
ための条件が緩やかである。すなわち、バッファ層の厚
みの広い範囲で、その上に成長させる窒化ガリウム系化
合物半導体層の結晶性がよい。このため発光素子を形成
する際の量産性に優れている。このように本発明の技術
を用いることにより、窒化ガリウム系化合物半導体の結
晶を利用して、青色発光ダイオードはもちろんのこと、
半導体レーザーまで、実用化に向けてその用途は非常に
大きいものがある。
Ｎ（０．５≦Ｘ≦１） をバッファ層に形成することに
よって、その上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導
体の結晶性が、飛躍的に向上する。特に、本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法は、バッファ層
であるＧａＸＡｌ１−ＸＮのＸの値を０．５≦Ｘ≦１の
範囲に特定し、さらに、窒化ガリウム系化合物半導体を
成長させる反応容器内でバッファ層も成長させることを
特徴とする。バッファ層のＸの範囲を０．５≦Ｘ≦１の
範囲に特定することにより、本発明の窒化ガリウム系化
合物半導体の結晶成長方法は、図３に示すように、従来
のＡｌＮをバッファ層に使用する窒化ガリウム系化合物
半導体よりもＦＷＨＭを著しく改善できる。ＦＷＨＭは
結晶性を示すパラメータである。したがって、本発明の
方法は、バッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体とを
同一の反応容器内で成長させることに加えて、Ｘの範囲
を０．５≦Ｘ≦１に特定することにより、窒化ガリウム
系化合物半導体の結晶を成長させる方法にとって最も大
切な、結晶性を著しく改善できるという極めて優れた特
長を実現する。キャリア濃度と移動度も、結晶性を示す
パラメータである。ノンドープの結晶を成長させた場
合、キャリア濃度が小さく、しかも移動度が大きい程、
結晶性が良く、また不純物濃度が小さいことを表す。本
発明の実施例１で試作された窒化ガリウム系化合物半導
体は、図９に示すように、結晶のホール測定において、
キャリア濃度が４×１０１６／cm３、移動度６００cm２
／V・secという極めて優れた値を示す。この値は、窒化
ガリウム系化合物半導体結晶において飛躍的に優れた値
である。ちなみに、ＡｌＮをバッファ層とする従来の方
法で製作された窒化ガリウム系化合物半導体は、キャリ
ア濃度が１×１０１８／cm３、移動度が約９０cm２／V・
secである。本発明の方法で結晶成長させた窒化ガリウ
ム系化合物半導体は、キャリア濃度が１００倍以上、移
動度が約７倍も優れている。さらに、本発明の窒化ガリ
ウム系化合物半導体の結晶成長方法は、バッファ層を形
成することによって、その上に成長させるＭｇをドープ
したＧａＮエピタキシャル層が、何の処理もなしにｐ型
を示す。これは全く初めてのことであり、本発明の方法
で成長させた窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性がい
かに優れているかを示すものである。またそのバッファ
層上に成長させるＳｉをドープしたｎ型ＧａＮも、Ａｌ
Ｎをバッファ層としたものに比較して、非常に高いキャ
リア濃度を示す。さらにまた、従来のＡｌＮバッファ層
に比べて、本発明の方法では、バッファ層を成長させる
ための条件が緩やかである。すなわち、バッファ層の厚
みの広い範囲で、その上に成長させる窒化ガリウム系化
合物半導体層の結晶性がよい。このため発光素子を形成
する際の量産性に優れている。このように本発明の技術
を用いることにより、窒化ガリウム系化合物半導体の結
晶を利用して、青色発光ダイオードはもちろんのこと、
半導体レーザーまで、実用化に向けてその用途は非常に
大きいものがある。
【図１】 本発明の結晶成長方法によるエピタキシャル
ウエハの構造を表す概略断面図
ウエハの構造を表す概略断面図
【図２】 従来の結晶成長方法によるエピタキシャルウ
エハの構造を表す概略断面図
エハの構造を表す概略断面図
【図３】 ＧａＮエピタキシャル層のダブルクリスタル
Ｘ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ）と、バッフ
ァ層の膜厚との関係を表す図
Ｘ線ロッキングカーブの半値巾（ＦＷＨＭ）と、バッフ
ァ層の膜厚との関係を表す図
【図４】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図
顕微鏡写真図
【図５】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図
顕微鏡写真図
【図６】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図
顕微鏡写真図
【図７】 ＧａＮエピタキシャル層の結晶の構造を表す
顕微鏡写真図
顕微鏡写真図
【図８】 本発明に使用した装置の部分概略断面図
【図９】 本発明の方法によるＧａＮ結晶のホール測定
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図
【図１０】 従来の方法によるＧａＮ結晶のホール測定
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図
結果による、キャリア濃度、および移動度の面内分布を
表す図
１…反応容器
２…サセプター
３…ヒーター
４…反応ガス噴射管
５…副噴射管
６…排気ポンプ
７…モーター
８…排気管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 33/00
Claims (8)
- 【請求項１】 バッファ層の上に窒化ガリウム系化合物
半導体の結晶を成長させる方法において、前記バッファ層と前記窒化ガリウム系化合物半導体の両
方を有機金属化合物気相成長法で成長させ、 一般式ＧａｘＡｌ１−ｘＮ（但し、０．５≦ｘ≦１の範
囲である。）よりなる多結晶のバッファ層を２００℃以
上９００℃以下の温度で、膜厚０．２μｍ以下で成長さ
せ、次に温度を上げてバッファ層を部分的に単結晶化
し、これを種結晶として、前記バッファ層と同一組成の
窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記窒化ガリウム系化合物半導体層成長
中にＳｉ又はＭｇをドープすることを特徴とする請求項
１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項３】 前記バッファ層は、キャリアガスとして
Ｈ ２ とＮ ２ の混合ガスを用いることを特徴とする請求項
１記載の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項４】 基板上に成長されたバッファ層と、該バ
ッファ層上に成長された窒化ガリウム系化合物半導体層
とを有する窒化ガリウム系化合物半導体であって、前記バッファ層と前記窒化ガリウム系化合物半導体の両
方が有機金属化合物気相成長法で成長されてなり、 前記バッファ層は、一般式がＧａｘＡｌ１−ｘＮ（但し
０．５≦ｘ≦１の範囲である）で示され、２００℃以上
９００℃以下の温度で、膜厚０．２μｍ以下で成長され
てなる少なくとも単結晶を有する層であり、 前記窒化ガリウム系化合物半導体層は、バッファ層と同
一組成の窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴
とする窒化ガリウム系化合物半導体。 - 【請求項５】 前記バッファ層は窒化ガリウム系化合物
半導体層の上に形成されている請求項４記載の窒化ガリ
ウム系化合物半導体。 - 【請求項６】 前記窒化ガリウム系化合物半導体層は、
一般式がＧａＸＡｌ１−ＸＮ（０．５≦Ｘ≦１）で示さ
れるノンドープの層である請求項４乃至請求項５記載の
窒化ガリウム系化合物半導体。 - 【請求項７】 前記窒化ガリウム系化合物半導体層は、
Ｍｇがドープされた一般式がＧａＸＡｌ１−ＸＮ（０．
５≦Ｘ≦１）で示される層であって、ｐ型を示すことを
特徴とする請求項４乃至請求項５記載の窒化ガリウム系
化合物半導体。 - 【請求項８】 前記窒化ガリウム系化合物半導体層は、
Ｓｉがドープされた一般式がＧａＸＡｌ１−ＸＮ（０．
５≦Ｘ≦１）で示される層であって、ｎ型を示すことを
特徴とする請求項４乃至請求項５記載の窒化ガリウム系
化合物半導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001266561A JP3478287B2 (ja) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法と窒化ガリウム系化合物半導体 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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